Real-time Multiplayer Software Architecture

Abstract

Projektin tavoitteena oli tutkia reaaliaikaisen moninpelin ohjelmoimista, jotta olisi mahdollista ymmärtää yleiset vaatimukset, ongelmat sekä ratkaisut. Lopputuloksena ohjelmisto suunniteltiin sekä toteutettiin kaksiulotteista tasohyppelypeliä varten.

Pelimoottoriksi valittiin LÖVE2D ja sen ohessa ohjelmointikielenä toimi Lua, mutta mikä vaan sopiva ohjelmointikieli tai pelimoottori olisi voitu valita. Suunnitteluvaiheessa tärkeä tavoite oli riippumattomuus työvälineistä.

Serverimalli, pelitilan päivittäminen, kaistanleveys sekä viive olivat kriittisiä aiheita, joita käsiteltiin suunnitteluprosessin aikana. Viestintäprotokollaa muokattiin tarpeiden mukaan toteuttamaan vaatimukset mahdollisimman yksinkertaisilla ratkaisuilla.

Kokemuksia ja ongelmia kehityksen aikana näytetään esimerkkeinä. Jotta olisi mahdollista estää tietopakettien katoamista aiheuttamatta lisää viivettä, ominaisuuksia TCP:stä toteutettiin UDP-pohjaiseen viestintäprotokollaan. Kaistanleveyden käyttöä vähennettiin rajaamalla maailman päivitykset pelkästään pelaajalle näkyvään alueeseen.

The goal of the project was to study real-time multiplayer programming to identify requirements, problems and common solutions. Using this information, software architecture was designed and implemented for a 2D platformer game.

The programming language Lua was the programming language used for the game client, which runs on the LÖVE2D game framework. Consequently, the server was also written in Lua, but any applicable language could have been chosen. The freedom to be able to use any tools was an important objective of the project.

The server model, updating the game state, bandwidth and latency are critical topics which were addressed during the design process. The desired features for networking were implemented with simple solutions based on different requirements.

Experiences and problems faced during the development are reviewed to show examples of problems and to draw conclusions. In order to prevent packet loss without inducing more latency, features from TCP were implemented on top of a UDP based messaging protocol. Bandwidth usage was reduced by limiting world updates to the visible area for each player.